CN103267695A - 一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置 - Google Patents

一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，所述装置包括疲劳载荷加载装置、张力加载装置和温控装置；所述张力加载装置施加张力给纤维复合芯导线，所述纤维复合芯导线穿过温控装置的管式炉，所述疲劳载荷加载装置通过垂向作动器连杆连接所述纤维复合芯导线的中心处。本发明提供的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置对实际工况环境下纤维复合芯导线的疲劳进行加速老化试验，以快速获得可靠的复合芯导线疲劳性能。

Description

一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置
技术领域
本发明属于试验检测技术领域，具体涉及一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置。
背景技术
架空输电线路运行过程中导线振动是架空线路普遍存在的问题，由于风力作用条件的不同时导线振动表现为微风振动，次档距震荡和舞动。其中微风振动和次档距振荡容易引起架空导线线路的疲劳断股，导致导线电阻损耗加大。舞动是其中危害较为严重的一种，架空输电导线不均匀覆冰后在风力作用下引起一种低频率（0.1-3Hz）、大振幅（导线直径的20-300倍）的自激振动，舞动一旦发生，会在导线上产生较大的冲击和扭转作用，严重时会发生导线断股断线的重大电网事故。由于气候原因，我国形成一条始自贵州湖南湖南终至辽宁吉林的舞动多发地带。舞动造成了多起跳闸事故，造成严重的经济损失，因此挂线前需要进行疲劳试验，严格考验复合芯导线的疲劳性能。
纤维复合芯导线是一种节能型增容导线，其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯和钢绞线，外层铝采用定形铝绞合而成。在相同导体截面的情况下，相对于传统钢芯铝绞线，其具有高强度、低弧垂、耐高温等特点，可以在大跨距、大容量导线线路上使用。然而，由于复合芯棒属于单向增强复合材料，其对于冲击、扭转作用较为敏感，当外界冲击载荷超过材料自身剪切强度时，复合芯棒有可能会首先发生破坏，长期疲劳损伤积累会招致断线的危险。对于纤维复合芯导线振动和舞动工况带来的强烈冲击和扭转载荷持续疲劳作用，目前国内外尚未有研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，对实际工况环境下纤维复合芯导线的疲劳进行加速老化试验，以快速获得可靠的复合芯导线疲劳性能。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，所述装置包括疲劳载荷加载装置、张力加载装置和温控装置；所述张力加载装置施加张力给纤维复合芯导线，所述纤维复合芯导线穿过温控装置的管式炉，所述疲劳载荷加载装置通过垂向作动器连杆连接所述纤维复合芯导线的中心处。
所述疲劳载荷加载装置包括试验平台、龙门架、液压源、液压伺服系统、垂向作动器和垂向作动器连杆；所述龙门架垂直固定在所述试验平台上，所述液压伺服系统包括控制阀和液压伺服缸，其通过控制阀控制液压伺服缸，使所述液压伺服缸推动垂向作动器动作，实现疲劳载荷加载。
所述张力加载装置包括电力金具、纤维复合芯导线、限位法兰、紧固螺母、应力传感器和应力监测终端；所述电力金具一端装卡在纤维复合芯导线端头，其另一端机械加工成的螺杆安装在限位法兰上；所述限位法兰相对放置，并均固定于试验平台上，所述紧固螺母与所述电力金具螺纹端联接，轴向拧紧紧固螺母使得紧固螺母内端面压紧所述限位法兰的外侧面，两端均安装有电力金具的纤维复合芯导线水平穿过限位法兰的圆孔，其中一个限位法兰与所述紧固螺母之间安装应力传感器，应力传感器检测的应力大小通过应力监测终端进行远程监控。
所述电力金具一端通过压接法装卡在纤维复合芯导线端头。
所述纤维复合芯导线的总长度大于限位法兰的间距，且所述螺杆伸出限位法兰10～12cm，伸出部分的螺杆通过紧固螺母人工施加张力。
纤维复合芯导线表面包覆柔性介质，再通过卡具对柔性介质进行固定，所述卡具通过其上方设有的螺孔与垂向作动器连杆端头螺杆机械连接。
所述柔性介质包括石棉、耐高温橡胶或者耐高温纤维织物。
所述纤维复合芯导线包括纯碳纤维复合芯导线、玻纤包覆碳纤复合芯导线和全高强玻纤复合芯导线。
所述加温装置包括管式炉、温度控制单元和空气强制流动单元，所述管式炉采用电阻加热方式，温度控制单元通过温控表实现单程恒温控制或者通过编程完成温度交替变化；所述空气强制流动单元通过炉壁上的通风管道实现空气的流动，通过空气流量计控制空气气流的大小。
所述管式炉上盖能够打开，以便于纤维复合芯导线的置入；所述上盖正中心预设有圆孔，管式炉上盖闭合后，垂向作动器连杆从所述圆孔穿进并与纤维复合芯导线中点处机械连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置具有可同时施加张力，温度和弯曲疲劳等多种功能，可以选用不同长度的纤维复合芯导线，模拟不同振幅、频率下复合芯的受力及运动行为，适合碳纤维复合芯导线的疲劳性能测试。
附图说明
图1是纤维复合芯导线疲劳性能测试装置立体图；
图2是纤维复合芯导线疲劳性能测试装置主视图；
图3是纤维复合芯导线疲劳性能测试装置左视图；
其中，1.试验平台，2.限位法兰，3.龙门架，4.垂向作动器连杆，5.垂向作动器，6.紧固螺母，7.应力传感器，8.电力金具，9.管式炉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-图3，提供一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，所述装置包括疲劳载荷加载装置、张力加载装置和温控装置；所述张力加载装置施加张力给纤维复合芯导线，所述纤维复合芯导线穿过温控装置的管式炉9，所述疲劳载荷加载装置通过垂向作动器连杆4连接所述纤维复合芯导线的中心处。
所述疲劳载荷加载装置包括试验平台1、龙门架3、液压源、液压伺服系统、垂向作动器5和垂向作动器连杆4；所述龙门架3垂直固定在所述试验平台1上，所述液压伺服系统包括控制阀和液压伺服缸，其通过控制阀控制液压伺服缸，使所述液压伺服缸推动垂向作动器5动作，实现疲劳载荷加载。
所述疲劳载荷加载装置进行试验控制、数据采集及其处理，可实现模拟试件的垂向工作状态，进行百万次（106）以上的疲劳试验，设备控制加载波形为正弦波，加载方式为载荷-频率。垂向作动器最大载荷±100kN，加载频率范围为1-30Hz。
所述张力加载装置包括电力金具8、纤维复合芯导线、限位法兰2、紧固螺母6、应力传感器7和应力监测终端；所述电力金具8一端装卡在纤维复合芯导线端头，其另一端机械加工成的螺杆安装在限位法兰2上；所述限位法兰2相对放置，并均固定于试验平台1上，所述紧固螺母6与所述电力金具8螺纹端联接，轴向拧紧紧固螺母6使得紧固螺母6内端面压紧所述限位法兰2的外侧面，两端均安装有电力金具8的纤维复合芯导线水平穿过限位法兰2的圆孔，其中一个限位法兰2与所述紧固螺母6之间安装应力传感器7，应力传感器7检测的应力大小通过应力监测终端进行远程监控。
两端装好电力金具的（1-5m）的纤维复合芯导线，穿过固定于试验平台两个限位法兰中央的圆孔，两端分别伸出10cm左右的长度，电力金具一端利用紧固螺母（紧固螺母外径需大于限位法兰孔径）固定不动，另一端在限位法兰与紧固螺母之间置入应力传感器，通过紧固螺母作用对导线施加张力，张力大小为（1-8KN）；应力传感器连接应力监测终端，能够对所施加的张力大小变化进行实施监测，保证载荷的稳定性。
所述电力金具8一端通过压接法装卡在纤维复合芯导线端头。
所述纤维复合芯导线的总长度大于限位法兰2的间距，且所述螺杆伸出限位法兰2至少10cm，伸出部分的螺杆通过紧固螺母6人工施加张力。
纤维复合芯导线表面包覆柔性介质，再通过卡具对柔性介质进行固定，所述卡具通过其上方设有的螺孔与垂向作动器连杆4端头螺杆机械连接。
所述柔性介质包括石棉、耐高温橡胶或者耐高温纤维织物。
所述纤维复合芯导线包括纯碳纤维复合芯导线、玻纤包覆碳纤复合芯导线和全高强玻纤复合芯导线。
所述加温装置包括管式炉9、温度控制单元和空气强制流动单元，所述管式炉9采用电阻加热方式，温度控制单元通过温控表实现单程恒温控制或者通过编程完成温度交替变化；所述空气强制流动单元通过炉壁上的通风管道实现空气的流动，通过空气流量计控制空气气流的大小。
所述管式炉9上盖能够打开，以便于纤维复合芯导线的置入；所述上盖正中心预设有圆孔，管式炉9上盖闭合后，垂向作动器连杆4从所述圆孔穿进并与纤维复合芯导线中点处机械连接。装入纤维复合芯导线后管式炉两端可密封，保证温度与气流的均匀性。加热装置可实现常温至200℃长时间恒温或多周期热交变温度加载，空气流量可在0-50m/S范围进行自由调节。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述装置包括疲劳载荷加载装置、张力加载装置和温控装置；所述张力加载装置施加张力给纤维复合芯导线，所述纤维复合芯导线穿过温控装置的管式炉，所述疲劳载荷加载装置通过垂向作动器连杆连接所述纤维复合芯导线的中心处。
2.根据权利要求1所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述疲劳载荷加载装置包括试验平台、龙门架、液压源、液压伺服系统、垂向作动器和垂向作动器连杆；所述龙门架垂直固定在所述试验平台上，所述液压伺服系统包括控制阀和液压伺服缸，其通过控制阀控制液压伺服缸，使所述液压伺服缸推动垂向作动器动作，实现疲劳载荷加载。
3.根据权利要求1所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述张力加载装置包括电力金具、纤维复合芯导线、限位法兰、紧固螺母、应力传感器和应力监测终端；所述电力金具一端装卡在纤维复合芯导线端头，其另一端机械加工成的螺杆安装在限位法兰上；所述限位法兰相对放置，并均固定于试验平台上，所述紧固螺母与所述电力金具螺纹端联接，轴向拧紧紧固螺母使得紧固螺母内端面压紧所述限位法兰的外侧面，两端均安装有电力金具的纤维复合芯导线水平穿过限位法兰的圆孔，其中一个限位法兰与所述紧固螺母之间安装应力传感器，应力传感器检测的应力大小通过应力监测终端进行远程监控。
4.根据权利要求3所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述电力金具一端通过压接法装卡在纤维复合芯导线端头。
5.根据权利要求3所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述纤维复合芯导线的总长度大于限位法兰的间距，且所述螺杆伸出限位法兰10～12cm，伸出部分的螺杆通过紧固螺母人工施加张力。
6.根据权利要求3-5任一所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：纤维复合芯导线表面包覆柔性介质，再通过卡具对柔性介质进行固定，所述卡具通过其上方设有的螺孔与垂向作动器连杆端头螺杆机械连接。
7.根据权利要求6所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述柔性介质包括石棉、耐高温橡胶或者耐高温纤维织物。
8.根据权利要求6所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述纤维复合芯导线包括纯碳纤维复合芯导线、玻纤包覆碳纤复合芯导线和全高强玻纤复合芯导线。
9.根据权利要求1所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述加温装置包括管式炉、温度控制单元和空气强制流动单元，所述管式炉采用电阻加热方式，温度控制单元通过温控表实现单程恒温控制或者通过编程完成温度交替变化；所述空气强制流动单元通过炉壁上的通风管道实现空气的流动，通过空气流量计控制空气气流的大小。
10.根据权利要求7所述的纤维复合芯导线疲劳性能测试装置，其特征在于：所述管式炉上盖能够打开，以便于纤维复合芯导线的置入；所述上盖正中心预设有圆孔，管式炉上盖闭合后，垂向作动器连杆从所述圆孔穿进并与纤维复合芯导线中点处机械连接。
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